JP2016156858A - 定着装置と画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱分布の異なる複数の熱源を有する定着装置において、複数の熱源が互いに加熱することなく、無駄な熱量吸収を減らして、更なる省エネを実現する。【解決手段】無端状ベルトと、この無端状ベルトの外周面に押し付けられる加圧回転体と、無端状ベルトの内周側に配された複数の熱源と、無端状ベルトの内周側に配され加圧回転体と定着ニップ部を形成するニップ形成部材とを備えて構成される定着装置において、それぞれが発熱部と発熱部を保持する支持部とで構成される前記複数の熱源が、互いに発熱分布が異なっていて、遮蔽部材によって互いに隔てられており、前記複数の熱源のうちの少なくとも一つにおいて、前記支持部が前記発熱部の長手方向の端部に配されている。【選択図】図４

Description

本発明は、記録材に転写されたトナー像を定着するための定着装置と、このような定着装置を備えた複写機、ファクシミリ、プリンタ、あるいはこれら機能を兼ね備えた複合機等の画像形成装置に装着される定着装置に関するものである。

画像形成装置は、電子写真記録、静電記録、磁気記録等の画像形成プロセスを用いて、中間転写方式若しくは直接転写方式により未定着のトナー像を普通紙やＯＨＰフィルム等の記録材に形成して、熱と圧力を加えて定着する。定着を行う代表的な定着装置はベルト方式の定着装置であり、熱源を内蔵した加熱ローラと表層にゴム層を設けた定着ローラに巻き掛けられた定着ベルトと、この定着ベルトに当接する加圧ローラとによって、トナー画像が加圧、加熱されて定着処理される。

ところが、近年の定着装置の場合、ウォームアップ時間の短縮、消費電力低減の要求の高まりから、電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間を短くし、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さな定着装置が実用化されている。熱源にセラミックヒータを用いたものはサーフ定着方式として知られているが、ハロゲンヒータのような別の熱源によってフィルム状に薄い定着ベルトを直接加熱する定着装置も多く提案されている。このように定着ベルトを直接加熱する定着装置では、定着ベルトの温度を急速に上昇させることができる一方で、ベルトの非通紙部における過昇温が問題になるため、発熱分布の異なる複数の熱源を備えて、紙幅に合わせて転倒させ、各種の紙幅に対応させている。

複数の熱源を定着ベルトの内側に配置する場合、ハロゲンヒータを熱源とする構成では、ハロゲンヒータの互いの光線が他方のハロゲンヒータのガラス管を加熱し合わないように分割して配置する技術が公知である（特許文献１）。この提案技術では、エンドレス状の加熱ベルトの内側に配された複数の熱源が、加熱ベルトを加圧部材に押圧する加圧パッドの補強部を挟んで両側に配され、この補強部が、熱源に対向する位置に反射部材を一体に形成するとともに、加熱ベルトの内周に摺接する加圧パッドのガイド部から熱源の位置を越えて延出するように配置されている。このような構成によって、複数のハロゲンヒータが互いの光線によって互いのガラス管を加熱し合うことがなく、ガラス管に吸収される熱量を減らして、加熱部材たる定着ベルトを効率良く加熱してウォームアップタイムを短縮することができるとともに、ヒータ過熱による寿命の低下を防ぐことができる。

しかしながら、そもそも、ガラス管は薄い定着ベルトに比べ熱容量が多く、ムダな部分が無いように必要最小限に短くすることが望ましいものである。ハロゲンヒータは、フィラメント発光部とハロゲン等の封入ガスをガラス管と封止部によって封入していて、封止部の温度が所定よりも高くなるとヒータの寿命が短くなってしまう問題を有している。そのため、ハロゲンヒータから出た輻射熱が封止部を加熱しないように、ガラス管を十分に長くする必要があり、ガラス管のその長さのために熱ロスが多くなっていた。

そこで、本発明は、発熱分布の異なる複数の熱源を有する定着装置において、複数の熱源が互いに加熱することなく、無駄な熱量吸収を減らして、更なる省エネを実現することを課題とする。

上記課題は、無端状ベルトと、この無端状ベルトの外周面に押し付けられる加圧回転体と、無端状ベルトの内周側に配された複数の熱源と、無端状ベルトの内周側に配され加圧回転体と定着ニップ部を形成するニップ形成部材とを備えて構成される定着装置において、それぞれが発熱部と発熱部を保持する支持部とで構成される前記複数の熱源が、互いに発熱分布が異なっていて、遮蔽部材によって互いに隔てられており、前記複数の熱源のうちの少なくとも一つにおいて、前記支持部が前記発熱部の長手方向の端部に配されていることによって、解決される。

本発明によれば、それぞれが発熱部と発熱部を保持する支持部とで構成される複数の熱源が、互いに発熱分布が異なっていて、遮蔽部材によって互いに隔てられており、これら複数の熱源のうちの少なくとも一つにおいて、支持部が発熱部の長手方向の端部に配されていることによって、複数の熱源が互いに加熱し合うことが回避されるだけでなく、加熱する必要のない部位が加熱される事態を極力回避することができ、熱源の寿命が短くなる不具合を回避することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る定着装置の加圧ローラと定着ベルトの部分に関する断面図である。 定着装置に用いられる一般的なハロゲンヒータの構成を示す図である。 図２の定着装置のハロゲンヒータに関する構成図であり、図４ａは、長手方向断面図、図４ｂはそれに直交する横断面図である。 本発明の別の実施形態に係る定着装置の加圧ローラと定着ベルトの部分に関する断面図である。 図５の定着装置のハロゲンヒータに関する構成図であり、図６ａは、長手方向の平面的な断面図、図６ｂはそれに直交する横断面図である。 封止部の加熱防止のための構成を説明する図である。 定着ベルトの温度検知のためのサーミスタが封止部反射部材やヒータフォルダによりヒータで加熱される事態を防止される様子を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る画像形成装置は、その全体構成としては従来と基本的に同じで、感光体の周囲に、画像を形成するために必要な装置、例えば、帯電手段、露光手段、現像手段等が設けられ、当業者ならば全体構成と作動は容易に認識できるものである。その構成を簡単に説明すると、図１において、このモノクロプリンタは、給紙手段４、レジストローラ対６、像担持体としての感光体ドラム８、転写手段１０、定着装置１２等を有している。

給紙手段４は、記録材としての用紙Ｐを積載状態で収容する給紙トレイ１４と、給紙トレイ１４に収容された用紙Ｐを最上のものから順に１枚ずつ分離して送り出す給紙コロ１６等を有している。給紙コロ１６によって送り出された用紙Ｐはレジストローラ対６で一旦停止され、姿勢ずれを矯正された後、感光体ドラム８の回転に同期するタイミングでレジストローラ対６により転写部位へ送られる。このタイミングは、感光体ドラム８上に形成されたトナー像の先端と用紙Ｐの搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイミングである。

感光体ドラム８の周りには、帯電手段としての帯電ローラ１８、露光手段の一部を構成するミラー２０、現像ローラ２２ａを備えた現像手段２２、転写手段１０、クリーニングブレード２４ａを備えたクリーニング手段２４等が配置されている。帯電ローラ１８と現像手段２２の間において、ミラー２０を介して感光体ドラム８上の露光部２６に露光光Ｌｂが照射され、走査されるようになっている。

画像形成動作は従来と同様に行われ、感光体ドラム８が回転を始めると、感光体ドラム８の表面が帯電ローラ１８により均一に帯電され、画像情報に基づいて露光光Ｌｂが露光部２６に照射、走査されて作成すべき画像に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像は感光体ドラム８の回転により現像手段２２へ移動し、ここでトナーが供給されて可視像化され、トナー像が形成される。感光体ドラム８上に形成されたトナー像は、所定のタイミングで転写部位に進入してきた用紙Ｐ上に転写手段１０による転写バイアス印加により転写される。トナー像を担持した用紙Ｐは定着装置１２へ向けて搬送され、定着装置１２で定着された後、プリンタ筺体外の排紙トレイへ排出、スタックされる。

転写部位で転写されずに感光体ドラム８上に残った残留トナーは、感光体ドラム８の回転に伴ってクリーニング手段２４に至り、このクリーニング手段２４を通過する間にクリーニングブレード２４ａにより掻き落とされて清掃される。その後、感光体ドラム８上の残留電位が感光体ドラム８の周りに配された除電手段により除去され、次の作像工程に備えられる。

定着装置１２の詳細を図２に示す。定着装置１２は、加圧回転体である加圧ローラ２８と可撓性の無端状ベルトである定着ベルト３０とを有し、定着ベルト３０の内周側に遮蔽部材３２により隔てられた２本のハロゲンヒータ３４，３６が熱源として備えられ、定着ベルト３０を輻射熱で加熱する。２本のハロゲンヒータ３４，３６は互いに発熱分布が異なり、例えば第１のハロゲンヒータ３４は配熱部分が２１７ｍｍで７７０Ｗの中央用ヒータ、第２のハロゲンヒータ３６は配熱部分が６３ｍｍ（両端合計１２６ｍｍ）で４４０Ｗの端部用ヒータである。２本のハロゲンヒータ３４，３６が遮蔽部材３２によって隔てられているので、それぞれのフィラメント発光部が他方の封止部を加熱することが防止される。

定着ベルト３０の内周側にはまた、定着ベルト３０を介して対向する加圧ローラ２８と定着ニップ部Ｎを形成するニップ形成部材３８があり、ベルト内面と直接、若しくは公知の摺動シートを介して摺擦するようになっている。図２の描写では、定着ニップが平坦状に形成されているが、凹形状のような他の形状であってもよい。ニップ形状が凹状であると、用紙先端の排紙方向が加圧ローラ寄りとなり、分離性が向上し、ジャムの発生を抑制できる効果を奏する。

定着ベルト３０の外周面に接離可能な加圧ローラ２８は、芯金２８’に弾性ゴム層２８”が被さられ、離型性を得るために表面に離型層（ＰＦＡ又はＰＴＦＥ）を備えている。加圧ローラ２８はプリンタに設けられたモータ等の駆動源からギヤを介して駆動力が伝達されて回転する。また、加圧ローラ２８はスプリング等により定着ベルト３０側に押し付けられ、弾性ゴム層２８”が押し潰されて変形することで、所定のニップ幅を確保している。必要に応じてスプリング等の加圧機構を解除することで、加圧ローラ２８は定着ベルト３０から離れることが可能である。加圧ローラ２８は中空のローラであってもよく、加圧ローラ２８にハロゲンヒータ等の熱源を有していてもよい。弾性ゴム層２８”はソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ内部にヒータが無い場合、スポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり、定着ベルトの熱が奪われ難くなる。

定着ベルト３０はニッケルやＳＵＳ等の金属やポリイミド等の樹脂を用いた薄いベルト若しくはフィルムである。定着ベルトは、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の離型層を表層として有し、トナーが付着しないように離型性を持たせている。定着ベルトの基材と離型層の間にはシリコーンゴム等で形成された弾性層があってもよい。弾性層がない場合は熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、未定着画像を押し潰して定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部にユズ肌状の光沢ムラ（ユズ肌画像）が残るという不具合が生じる。これを改善するのにシリコーンゴム等の弾性層を１００［μｍ］以上で設けるのがよい。弾性層の変形により、微小な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。

定着ベルト３０は加圧ローラ２８により連れ回り回転するようになっている。つまり、転写ニップ部Ｎでニップ形成部材３８と加圧ローラ２８とに挟み込まれて回転し、ニップ部以外では両端部で装置筺体の側板若しくは筐体内に配置された保持部材（フランジ）にガイドされ、走行する。

定着ベルト３０の内周側には更に、ニップ形成部材３８を支持するため支持部材４０（ステー）が設けられ、加圧ローラ２８により圧力を受けるニップ形成部材３８の撓みを防止し、定着装置の長手方向で均一なニップ幅が得られるようになっている。この支持部材４０はその両端部で装置筐体の側板若しくは保持部材（フランジ）に保持固定され、位置決めされている。また、ハロゲンヒータ３４，３６と支持部材４０の間には反射部材４２が備えられ、ヒータからの輻射熱により支持部材４０が加熱されることによる無駄なエネルギー消費を抑制している。反射部材４２を備える代わりに、支持部材４０の表面に断熱若しくは鏡面処理を行っても、同様の効果を得ることか可能である。遮蔽部材３２も同様の目的で、その両端部で装置筺体の側板若しくは保持部材（フランジ）に保持固定され、部材表面に断熱若しくは鏡面処理が施されている。

ここでハロゲンヒータについて説明する。ハロゲンヒータの一般的な構成では、図３に示すように、フィラメント発光部４４と封入ガスをガラス管４６内に収容して、封止部４８で封止している。発熱部を構成するフィラメント発光部４４は、タングステン線を一定間隔毎にコイル状に巻いたもので、タングステン線の巻き数や巻き間隔等で発光強度を設定している。封入ガスは窒素等の不活性ガスにヨウ素や臭素等の微量のハロゲン物質を混ぜたものであり、タングステン線の熱蒸発を抑制して寿命を延ばす働きがある。発熱部を保持する支持部を構成する封止部４８はモリブデン箔５０とセメント５２によってガラス管４６を密封している。封止部４８が過熱されると密封が壊れ、通電不良、封入ガス漏れによるハロゲンヒータの寿命低下が起きてしまうため、一般的に封止部４８の温度は３５０℃以下として用いる必要がある。一方、定着ベルトをその幅方向（長手方向）で温度ムラなく加熱するためには、互いのハロゲンヒータのフィラメント発光部の隙間は狭くなっている必要があるが、本発明のような遮蔽部材が存在しないとフィラメント発光部の外側にある封止部が加熱されてしまう。つまり、遮蔽部材なしにハロゲンヒータのガラス管を短くすると問題があり、従来の定着装置では、各ハロゲンヒータとも、フィラメント発光部がない定着ベルトの両端部までガラス管を延長して、各ヒータから加熱されない位置に封止部を設けていた。ガラス管のその長さのために熱ロスが多くなっていたのである。

そこで提案の定着装置のハロゲンヒータに関する構成を図４において説明する。図４ａは、ハロゲンヒータに関して描かれた定着装置の長手方向断面図であり、図４ｂはそれに直交する横断面図である。第１のハロゲンヒータ３４（中央用ヒータ）は定着ベルト３０の長手方向中央部に位置し、定着ベルト３０の内側にあるヒータフォルダ６０により定着ベルト３０内部に固定されている。第２のハロゲンヒータ３６（端部用ヒータ）は定着ベルト３０の長手方向端部に位置し、図４ａの左右端部にそれぞれ位置する別体のハロゲンヒータ２本を電気的に直列に接続して構成されている。そして、装置筺体の側板なり、保持部材（フランジ）に取り付けられたヒータフォルダ６０と定着ベルト３０の内側にあるヒータフォルダ６０により定着ベルト３０内部に固定されている。これらヒータフォルダ６０も、その表面に断熱若しくは鏡面処理が施され、定着ベルト３０への加熱効率を高めるのが好適である。

図４ａから分かるように、中央加熱用の第１のハロゲンヒータ３４は、そのガラス管が定着ベルト３０の長手方向端部になく、逆に、端部加熱用の第２のハロゲンヒータ３６は、そのガラス管が定着ベルト３０の長手方向中央部に存在しない。つまり、各ハロゲンヒータは、そのガラス管が発熱部の発熱範囲に近いような長さであるよう、その支持部が発熱部の長手方向の端部の近傍に配されている。定着ベルト３０はウォームアップ時間を短縮するため、その厚みが０．１〜０．３ｍｍ程度と薄く作られているが、ハロゲンヒータ３４、３６のガラス管は強度の観点からその厚みが１ｍｍと定着ベルト３０に比べて分厚くなっている。そのため、定着ベルト３０に比べて熱容量が大きくなっており、ガラス管の量、即ち、長さを減らすことで、ガラス管に吸収され消費される熱量を減らすことができ、効率良く定着ベルト３０を加熱することが可能となる。

ガラス管が加熱される原因には、フィラメント発光部４４から発射された光線が反射部材４２や遮蔽部材３２によって反射されてガラス管に当たるものと、加熱された定着ベルト３０から空気（対流）を介してガラス管に伝熱するものがある。ガラス管を短くすることは両方に効果的である。このようにガラス管を短くすることと、複数のハロゲンヒータを互いに遮蔽することが相まって無駄な熱量吸収が回避される。

図５に定着装置の別の構成を示す。この定着装置６２も、図２の定着装置１２と同様に、加圧ローラ７８と無端状の定着ベルト８０とを有し、定着ベルト８０の内周側には、定着ベルト８０を加圧ローラ７８に内部から押圧して定着ニップ部を形成するニップ形成部材８８がある。ニップ形成部材８８を支持する支持部材９０（ステー）は、その両端部で早期筺体の側板若しくは保持部材（フランジ）で保持固定されるように、紙面垂直方向に長く配された横断面Ｔ字状に形成されている。支持部材９０によって２本のハロゲンヒータ８４，８６は定着ベルト８０内で上下に隔てられ、互いのガラス管を加熱することがない。つまり、支持部材９０は２本のハロゲンヒータ８４，８６に対する遮蔽部材の機能も果たしている。また、支持部材９０の起立部分の両面には、それぞれ反射部材９２が取り付けられ、ハロゲンヒータ８４，８６からの輻射熱により支持部材９０が加熱されることを防いでいる。なお、各部材は、図２の定着装置１２の対応する部材と基本的に同じ構造であるので、その詳細は省略する。

２本のハロゲンヒータ８４，８６は互いに発熱分布が異なり、例えば第１のハロゲンヒータ８４は中央用ヒータ、第２のハロゲンヒータ８６は端部用ヒータである。図６に示すように、第１のハロゲンヒータ８４（中央用ヒータ）は定着ベルト８０の長手方向中央部に位置し、定着ベルト８０の内側にあるヒータフォルダ６１により定着ベルト８０内部に固定されている。ちなみに描写の都合上、断面図である図６ａは、熱源を上方から見た平面断面図である。第２のハロゲンヒータ８６（端部用ヒータ）は定着ベルト８０の長手方向端部に位置し、図６ａの左右端部にそれぞれ位置する２本のハロゲンヒータを電気的に直接接続して構成されている。そして、装置筺体の側板９１に取り付けられたヒータフォルダ６１と定着ベルト８０の内側にあるヒータフォルダ６１により定着ベルト８０内部に固定されている。

定着装置の以上の２例（図２、図５）に対する更なる改良例を図７に基づき説明する。図７の描写では、図６の構成に対して、各ヒータのフィラメント発光部と封止部の間に封止部反射部材９４を追加設置している。これは、フィラメント発光部から発射された光線が反射部材９２で反射され、封止部を加熱してしまうことを防止する構成である。アルミ鏡面板等の反射率の高い部材を封止部の手前に配置して、封止部を隠すことでフィラメント発光部から発射された光線が封止部を加熱することを防止する。封止部反射部材９４を設置することで、封止部の温度上昇をより抑えることができ、ハロゲンヒータの寿命を長く保つことができる。図４の構成に対しても封止部反射部材を追加できることは当然である。

定着装置の２例（図２、図５）に対する別の改良例を次に説明する。この改良例では、図８に示すように、図７の構成に対して、定着ベルト３０の内面に当接する接触式サーミスタ９６ａ、９６ｂをハロゲンヒータ３４，３６の配置領域外に追加して備えている。即ち、中央用ヒータである第１のハロゲンヒータ３４に対しては、温度検知部材である接触式サーミスタ９６ａを、第１のハロゲンヒータ封止部よりも長手方向外側に配置させている。また、端部用ヒータである第２のハロゲンヒータ３６に対しては、接触式サーミスタ９６ｂを、各ハロゲンヒータ３６のそれぞれの中央寄りの封止部の間に、配置させている。ヒータフォルダ６１や封止部反射部材９４によりフィラメント発光部から発射された光線を遮ることで、サーミスタ４３ａ、４３ｂはハロゲンヒータにより直接加熱されることがなくなり、耐熱性を満足することができる。またガラス管がないことで設置する際のレイアウト自由度が高まり、安定して定着ベルト３０の内面に当接することができる。

従来、接触式サーミスタは安価で定着装置によく用いられているが、定着ベルト３０の外側から当接するとスジ状の傷を生じ、定着後の画像にそれに対応したスジが発生してしまう異常画像が発生することがあった。そのため、このような接触式サーミスタは定着ベルト３０の内周に当接配置したいが、ハロゲンヒータを用いた定着装置の場合、ハロゲンヒータから発射された光線により加熱されない位置に設置することが求められ、レイアウト自由度がなかった。特に複数本のハロゲンヒータを用いた構成では、そのような内周設置が困難であった。図８に示すように複数のヒータを備えた定着装置においても、ガラス管を短くすることで、接触式サーミスタの当接スペースを生み出すことができた。

以上の実施形態では、２本のハロゲンヒータとして説明したが、発熱分布が異なる複数の熱源としては、３本以上のハロゲンヒータであってもよく、輻射熱を発するものであればセラミックヒータのような別の熱源であってもよい。また、複数の熱源は互いに遮蔽部材により隔てられ、互いが発する熱の影響を受けないように構成される。更に、ハロゲンヒータのガラス管を短くする構成は、少なくとも１本のハロゲンヒータのガラス管を短くすることで無駄な熱量吸収を抑えることができるものであり、設計上の簡便性、メンテナンス性との兼ね合いから様々な構成が想定される。

１２，６２ 定着装置
２８，７８ 加圧ローラ
３０，８０ 定着ベルト
３２ 遮蔽部材
３４，８４ 第１のハロゲンヒータ
３６，８６ 第２のハロゲンヒータ
３８，８８ ニップ形成部材
４０，９０ 支持部材
４２，９２ 反射部材

特許第４９６１０４７号公報

Claims (7)

1. 無端状ベルトと、この無端状ベルトの外周面に押し付けられる加圧回転体と、無端状ベルトの内周側に配された複数の熱源と、無端状ベルトの内周側に配され加圧回転体と定着ニップ部を形成するニップ形成部材とを備えて構成される定着装置であって、
   それぞれが発熱部と発熱部を保持する支持部とで構成される前記複数の熱源は、互いに発熱分布が異なっていて、遮蔽部材によって互いに隔てられており、前記複数の熱源のうちの少なくとも一つにおいて、前記支持部が前記発熱部の長手方向の端部に配されている、定着装置。
2. 前記熱源がハロゲンヒータであり、前記支持部を構成する封止部が前記発熱部を構成するフィラメント発光部を収容するガラス管の長手方向の端部に配され、このガラス管が発熱部の発熱範囲に近い長さである、請求項１に記載の定着装置。
3. 前記封止部と前記フィラメント発光部の間に封止部反射部材が配され、封止部を隠す、請求項２に記載の定着装置。
4. 前記複数の熱源が中央用ヒータと端部用ヒータであり、端部用ヒータは別体のハロゲンヒータが電気的に直列に接続されている、請求項２又は３に記載の定着装置。
5. 前記複数の熱源が中央用ヒータと端部用ヒータであり、中央用ヒータの封止部よりも長手方向外側に、前記無端状ベルトの内面に当接する温度検知部材を配する、請求項３に記載の定着装置。
6. 前記複数の熱源が中央用ヒータと端部用ヒータであり、端部用ヒータは別体のハロゲンヒータが電気的に直列に接続されており、これらハロゲンヒータのそれぞれの中央寄りの封止部の間に、前記無端状ベルトの内面に当接する温度検知部材を配する、請求項３に記載の定着装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の定着装置を有する画像形成装置。

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